Turbo

Para a novela de Miguel Suárez Abel véxase Turbo (1988).

Un turbocompresor ou turbo (expresión coloquial), do grego "τύρβη" ("raíz"), (tamén do latín "turbo" ("trompo"),) é unha turbina accionada por un dispositivo de indución forzada que aumenta a eficiencia dun motor e a súa potencia forzando a entrada de aire extra na cámara de combustión. Esta mellora sobre a aspiración natural do motor é debida a que a turbina pode forzar máis aire, e proporcionalmente máis mestura explosiva, na cámara de combustión que a que se obtería coa simple presión atmosférica.

Turbocompresor (corte lonxitudinal). En vermello, estator de fundición e rotor da turbina. En azul estator de aluminio e rotor do compresor.

Os turbocompresores eran coñecidos orixinalmente como turbosupercompresores cando todos os dispositivos de indución forzados foron clasificados como supercompresores. Hoxe en día o termo "supercompresor" só se aplííca aos dispositivos de indución forzada impulsados mecanicamente. A diferéncia clave entre un turbocompresor e un supercompresor convencional é que o convencional é accionado mecanicamente polo motor, a miúdo a través dunha correa conectada ao veo de manivelas, mentres que un turbocompresor é alimentado por unha turbina accionada polos gases de escape do motor. En comparación cun compresor accionado mecanicamente, os turbocompresores tenden a ser máis eficientes, pero menos sensibles. Twincharger refírese a un motor tanto cun compresor e un turbocompresor.

Os turbocompresores son comunmente utilizados nos motores de camións, automóbiles, trens, avións e equipos de construción. Son os máis utilizados en motores de combustión interna de ciclo Otto e ciclo Diesel. Tamén son útiles en pilas de combustible para automoción.

Historia

A Indución forzada data de finais do século XIX, cando Gottlieb Daimler patentou a técnica de usar unha engrenaxe impulsada por unha bomba para forzar o aire nun motor de combustión interna en 1885. O turbocompresor foi inventado polo enxeñeiro suízo Alfred Büchi (1879-1959), xefe de investigación de motores Diesel en Gebrüder Sulzer, empresa de fabricación de motores en Winterthur, que recibiu unha patente en 1905 para o uso dun compresor accionado polos gases de escape para forzar o aire nun motor de combustión interna para aumentar a potencia de saída, pero tardouse 20 anos para que a idea chegase a bo termo. Durante a primeira guerra mundial o enxeñeiro francés Auguste Rateau equipou con turbocompresores aos motores Renault dos franceses con certo éxito. En 1918, o enxeñeiro de General Electric Sanford Alexander Moss conectou un turbocompresor a un motor de avión V12 Liberty. O motor foi probado en Pikes Peak de Colorado a 4.300 m. para demostrar que podería compensar a perda de potencia nos motores de combustión interna, como resultado da redución da presión de aire e da densidade a grande altura. General Electric chamou ao sistema turbosupercharging. Nese momento, todos os dispositivos de indución forzada foron coñecidos como supercompresores, pero, máis recentemente, o termo "sobrealimentación" é polo xeral aplicado soamente aos dispositivos de indución forzados mecanicamente.

Os turbocompresores foron utilizados por primeira vez na produción de motores de avións, como o Napier Lion na década de 1920, aínda que eran menos comúns que os compresores centrífugos accionados por motor. Naves e locomotoras equipadas con motores turbo diésel comezaron a aparecer na década de 1920. Os turbocompresores tamén foron utilizados na aviación, máis amplamente utilizados polos Estados Unidos. Durante a Segunda Guerra Mundial, exemplos notables de avións estadounidenses con turbocompresores foron os B-17 Flying Fortress, B-24 Liberator, P-38 Lightning e P-47 Thunderbolt. A tecnoloxía tamén se utilizou en accesorios experimentais por moitos outros fabricantes, en particular unha variedade de modelos Focke-Wulf Fw 190, pero a necesidade de utilizar avanzados materiais resistentes ás altas temperaturas que se alcanzaban na turbina, impediron o seu uso xeneralizado.^{[Cómpre referencia]}

Impacto ambiental

Os fabricantes de automóbiles utilizan turbocompresores a miúdo nos seus vehículos, xa que poden reducir o tamaño dos motores que se utilizan e o uso de motores máis pequenos, con turbocompresores para aumentar o aforro de combustible, reducir as emisións, e aínda así satisfacer as demandas dos cabalos de forza.

Funcionamento

Nos motores sobrealimentados mediante este sistema, o turbocompresor consiste nunha turbina accionada polos gases de escape do motor de explosión, en cuxo eixe fixase un compresor centrífugo que toma o aire a presión atmosférica logo de pasar polo filtro de aire, logo comprímeo para introducilo nos cilindros a maior presión.

Os gases de escape inciden radialmente na turbina, saíndo axialmente, logo de ceder gran parte da súa enerxía interna (mecánica + térmica) á mesma.

O aire entra ao compresor axialmente, saíndo radialmente, co efecto secundario negativo dun aumento da temperatura máis ou menos considerable. Este efecto se contrarresta en gran medida co intercooler.

Este aumento da presión consegue introducir no cilindro unha maior cantidade de osíxeno (masa) que a masa normal que o cilindro aspiraría a presión atmosférica, obténdose máis par motor en cada carreira útil (carreira de expansión) e polo tanto máis potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente, e cun incremento de consumo proporcional ao aumento de masa de aire no motor de gasolina. Nos diésel a masa de aire non é proporcional ao caudal de combustible, sempre entra aire en exceso ao carecer de bolboreta, por iso é neste tipo de motores onde se atopou a súa máxima aplicación (motor turbodiésel).

Os turbocompresores máis pequenos e de presión de soprado máis baixa exercen unha presión máxima de 0,25 bar (3,625 psi), mentres que os máis grandes alcanzan os 1,5 bar (21,75 psi). En motores de competición chégase a presións de 3 e 8 bares dependendo de se o motor é gasolina ou diésel.

Como a enerxía utilizada para comprimir o aire de admisión provén dos gases de escape, que se desbota nun motor atmosférico, non resta potencia ao motor cando o turbocompresor está traballando, tampouco provoca perdas fora do rango de traballo do turbo, a diferenza doutros, como os sistemas con compresor mecánico (sistemas nos que o compresor é accionado por unha polea conectada ao veo de manivelas).

Vantaxes de usar un turbocompresor

• Permite aumentar a potencia dun motor, sen a necesidade de facer maiores cambios.
• Contribúe ao rescate da enerxía, xa que usa como medio propulsor os gases de escape do motor.
• Engade pouco volume e peso ao motor, o que permite encaixalo a un vehículo sen modificacións externas.
• Debido a que depende da presión entre os gases de escape e o medio ambiente se auto-axusta a calquera altitude sobre o nivel do mar.